目錄
第1章 緒論 1
1.1 能源 1
1.1.1 能源的分類 1
1.1.2 能源轉(zhuǎn)化與存儲 2
1.2 能源電化學(xué) 3
1.2.1 能源電化學(xué)簡介 3
1.2.2 能源電化學(xué)發(fā)展歷史 4
1.2.3 能源電化學(xué)的研究內(nèi)容 5
1.2.4 能源電化學(xué)反應(yīng)基本步驟 6
1.3 能源電化學(xué)基礎(chǔ)課程建設(shè) 6
習(xí)題 7
第2章 能源電化學(xué)體系 8
2.1 電化學(xué)體系 8
2.1.1 原電池 8
2.1.2 電解池 10
2.1.3 腐蝕電池 11
2.2 電化學(xué)體系組成及結(jié)構(gòu) 12
2.3 能源電化學(xué)儲能體系發(fā)展歷程 14
2.4 電化學(xué)儲能體系理論容量和能量密度 17
2.5 鋰離子電池 18
2.5.1 概述 18
2.5.2 鋰離子電池的分類和工作原理 19
2.6 鈉離子電池 20
2.6.1 概述 20
2.6.2 鈉離子電池的分類與工作原理 21
2.7 多價金屬離子電池 22
2.7.1 概述 22
2.7.2 鎂離子電池 23
2.7.3 鋅離子電池 24
2.8 新型電化學(xué)儲能體系 25
2.8.1 金屬-空氣電池 26
2.8.2 金屬硫電池 28
習(xí)題 30
第3章 能源電化學(xué)電解質(zhì)體系 32
3.1 能源電化學(xué)電解質(zhì)基礎(chǔ)性質(zhì) 32
3.1.1 能源電化學(xué)電解質(zhì)離子電導(dǎo)率 32
3.1.2 能源電化學(xué)電解質(zhì)淌度 35
3.1.3 能源電化學(xué)電解質(zhì)離子遷移數(shù) 38
3.1.4 擴散系數(shù) 39
3.1.5 電化學(xué)穩(wěn)定窗口 40
3.2 液態(tài)電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)及性質(zhì) 42
3.2.1 有機液態(tài)電解質(zhì) 42
3.2.2 離子液體電解質(zhì) 45
3.2.3 水系液態(tài)電解質(zhì) 46
3.3 固態(tài)電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)及性質(zhì) 47
3.3.1 聚合物固態(tài)電解質(zhì) 47
3.3.2 無機固態(tài)電解質(zhì) 50
3.3.3 半固態(tài)電解質(zhì) 53
3.4 能源電化學(xué)電解質(zhì)對電化學(xué)儲能電池體系性能的影響 54
3.4.1 對電化學(xué)儲能電池容量的影響 54
3.4.2 對電化學(xué)儲能電池內(nèi)阻及倍率充放電性能的影響 54
3.4.3 對電化學(xué)儲能電池操作溫度范圍的影響 55
3.4.4 對電化學(xué)儲能電池儲存和循環(huán)壽命的影響 55
3.4.5 對電化學(xué)儲能電池安全性的影響 56
3.4.6 對電化學(xué)儲能電池自放電性能的影響 56
3.4.7 對電化學(xué)儲能電池過充電和過放電行為的影響 56
習(xí)題 57
第4章 能源電化學(xué)熱力學(xué) 58
4.1 相間電勢與電極電勢 58
4.1.1 內(nèi)電勢與外電勢 59
4.1.2 界面電勢差 59
4.1.3 電極電勢 60
4.1.4 絕對電勢與相對電勢 62
4.1.5 標準氫電極與標準電極電勢 63
4.1.6 電池與電極材料的電壓 65
4.1.7 液體接界電勢 66
4.2 電池電化學(xué)反應(yīng)電動勢 67
4.2.1 電池電動勢與吉布斯自由能 67
4.2.2 電池電動勢與化學(xué)平衡常數(shù)的關(guān)系 68
4.2.3 能斯特方程 69
4.3 可逆電化學(xué)過程的熱力學(xué) 70
4.3.1 可逆電池 70
4.3.2 電池符號的表達方式 71
4.3.3 可逆電極的類型 71
4.3.4 可逆電池的類型 73
4.4 不可逆電化學(xué)過程的熱力學(xué) 74
4.4.1 不可逆電極及電勢 74
4.4.2 不可逆電極的類型 76
4.4.3 可逆/不可逆電勢的判斷 77
4.5 *圖 78
4.5.1 *圖的繪制原理 78
4.5.2 特殊儲能電池體系？ -pH 圖 79
4.5.3 *圖在電化學(xué)儲能中的應(yīng)用 82
習(xí)題 83
第5章 能源電化學(xué)界面基礎(chǔ) 85
5.1 能源電化學(xué)界面簡介 85
5.2 雙電層的形成 86
5.3 雙電層結(jié)構(gòu)模型 87
5.3.1 亥姆霍茲模型 87
5.3.2 Gouy-Chapman模型 88
5.3.3 Stern模型 93
5.4 特性吸附 96
5.4.1 特性吸附的本質(zhì)和程度 99
5.4.2 吸附等溫式 100
5.4.3 吸附速率 102
5.4.4 電解質(zhì)特性吸附時的雙電層影響 103
5.5 能源電化學(xué)中的固態(tài)電解質(zhì)界面 104
5.6 能源電化學(xué)界面表征方法 107
5.6.1 電化學(xué)原位拉曼光譜 107
5.6.2 電化學(xué)原位掃描探針技術(shù) 108
5.6.3 電化學(xué)原位中子技術(shù) 110
5.6.4 其他電化學(xué)原位技術(shù) 110
習(xí)題 111
第6章 能源電化學(xué)傳荷動力學(xué) 112
6.1 電極電勢對電子轉(zhuǎn)移步驟反應(yīng)速率的影響 112
6.1.1 動態(tài)平衡 112
6.1.2 阿倫尼烏斯公式和勢能面 113
6.1.3 過渡態(tài)理論 114
6.1.4 電極反應(yīng)的本質(zhì) 116
6.1.5 電勢對能壘的影響 117
6.1.6 單步驟電子過程 118
6.2 電子轉(zhuǎn)移步驟的基本動力學(xué)參數(shù) 119
6.2.1 交換電流密度 119
6.2.2 傳遞系數(shù) 120
6.2.3 電極反應(yīng)速率常數(shù) 122
6.3 穩(wěn)態(tài)能源電化學(xué)極化規(guī)律 122
6.3.1 Butler-Volmer方程 122
6.3.2 高超電勢下的電化學(xué)極化規(guī)律 125
6.3.3 低超電勢下的電化學(xué)極化規(guī)律 126
6.3.4 電化學(xué)極化在儲能體系中的應(yīng)用 126
習(xí)題 128
第7章 能源電化學(xué)傳質(zhì)動力學(xué) 131
7.1 液相傳質(zhì)的三種方式 131
7.2 穩(wěn)態(tài)擴散過程 134
7.2.1 理想條件下的穩(wěn)態(tài)擴散 135
7.2.2 真實條件下的穩(wěn)態(tài)擴散過程 137
7.2.3 電遷移對穩(wěn)態(tài)擴散過程的影響 139
7.3 濃差極化的規(guī)律和判別方法 140
7.3.1 濃差極化的規(guī)律 140
7.3.2 濃差極化的判別方法 144
7.4 非穩(wěn)態(tài)擴散過程 144
7.4.1 菲克第二定律 145
7.4.2 電化學(xué)問題的邊界條件 147
7.5 濃差極化在儲能體系中的應(yīng)用 148
7.5.1 原電池與濃度極化 148
7.5.2 鋰電池電化學(xué)與濃度極化 150
7.5.3 燃料電池與濃差極化 150
習(xí)題 151
參考文獻 153